4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.2 CALOR ESPECÍFICO
Figura 4.2 – Comparação entre composição centesimal das farinhas da indústria frigorífica A e B.
4.2 CALOR ESPECÍFICO
Um conjunto de 22 resultados de calor específico, reportados na literatura (MOHSENIN, 1980) para diferentes produtos, é apresentado na Figura 4.3. Estes dados abrangem o intervalo de variação desta propriedade para quase a totalidade de alimentos. Embora, proteínas, cinzas, carboidratos e lipídeos tenham influência significativa no calor específico, é a concentração de água a maior responsável pela variação observada nos valores apresentados na Figura 4.3.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Produtos
1000 2000 3000 4000 5000
Cp (J kg-1 oC-1)
Figura 4.3 – Comparação entre valores de calor específico reportados na literatura (linha sólida) e obtidos nesta investigação (símbolos) para produtos com diferentes umidades. 1=amido (NOEL E RING, 1992), 2=milho, 3=lentilha, 4=ervilha desidratada, 5=arroz, 7=cogumelo desidratado, 8=carne de porco gorda, 9=bacon, 10=carne bovina gorda, 11=carne de porco magra, 13=carne bovina magra, 14=batata, 15=cebola, 16=maçã, 17=espinafre, 18=morango, 19=alcachofra, 20=cogumelo fresco, 21=cenoura, 22=pepino (MOHSENIN, 1980); 6=soja (ASAE standards, 2000); 12=banana (RIBEIRO et al., 2002),. Linha continua=faixas de umidade em base úmida.
A fim de validar a técnica utilizada para determinação do calor específico da farinha de resíduos, ensaios foram realizados com 4 dentre os 22 produtos com valores conhecidos da propriedade investigada. Em particular, foram escolhidos produtos com diferentes valores de umidade e que abrangessem o maior intervalo de variação deste fator. A comparação demonstrada na Figura 4.3 entre os valores de Cp experimentalmente obtidos nesta investigação e reportados na literatura para amido, arroz, banana e maçã corroboram a validade do procedimento utilizado para determinação do calor específico.
produtos dentro da mesma faixa de umidade e gerando conclusões similares as apresentada no parágrafo anterior é apresentado na Tabela 4.1.
TABELA 4.1 – Valores experimentais e reportados na literatura de calor específico para 4 dentre os 22 diferentes produtos reportados na Figura 4.3.
Produto
Experimental Literatura
Referências M (b.s.) Cp (J kg-1°C-1) M (b.s.) Cp (J kg-1°C-1)
Amido 0,09 1023,9 0,13 1338,8 HELDMAN (1975)
Arroz 0,116 1745,4 0,135 1757,2 STANLEY e CHARM (1971)
Banana 2,04 3040,5 2,97 3347,2 MOHSENIN (1980)
Maçã 4,07 3744,3 4,81 3872,5 HELDMAN e LUND(2007)
Após validação da técnica de determinação do calor específico foram realizados ensaios com a farinha in natura da indústria A, cujos resultados são apresentados na Figura 4.4.
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ensaios 0
200 400 600 800
Cp [J Kg-1o C-1 ]
Cp
Figura 4.4 – Calor específico da farinha de resíduos in natura com umidade inicial de 3,67 ± 0,96% (base úmida), lipídeos igual a 13,56 ± 3,94%, proteína entorno de 58,52 ± 2,06% e 10,08 ± 0,51% de cinzas. Região sombreada: intervalo de confiança das medidas com 90% de probabilidade.
Na Figura acima as barras verticais representam os valores da propriedade, a linha tracejada denota o valor médio encontrado e a região sombreada o intervalo de confiança dos resultados com uma probabilidade de 90%.
Os resultados dos ensaios utilizando misturas de farinha e água, bem como de farinha e gordura, os quais envolveram 42 experimentos e foram realizados a fim de determinar o efeito da fração mássica destes constituintes no calor específico do produto são apresentados respectivamente nas Figuras 4.5 e 4.6. Na Figura 4.5 a propriedade é reportada em função de uma variável diretamente dependente da fração mássica de água (umidade em base seca), já definida na Equação 3.11. O resultado do efeito da gordura sobre todas as propriedades investigadas envolveu diagramas similares sendo Yg definida de forma análoga a Ya.
O conjunto de dados experimentais reportados nas Figuras 4.5 e 4.6 foram utilizados para ajuste simultâneo dos parâmetros da Equação (3.12), a qual é novamente reportada a seguir com os valores encontrados das constantes. Em especial, a função objetivo foi definida com o propósito de minimizar o somatório dos quadrados dos desvios absolutos entre resultados experimentais e calculados.
0 2 4 6 8 10
ya
0 1000 2000 3000 4000
Cp [J Kg-1o C-1 ]
Figura 4.5 – Comparação entre resultados experimentais (símbolos) e calculados (linha) de calor específico em diferentes frações mássicas de água.
0 2 4 6
FIGURA 4.6 – Comparação entre resultados experimentais (símbolos) e calculados (linha) de calor específico em diferentes frações mássicas de gordura.
4318 1 primeiro, a consistência destes parâmetros pode ser verificada comparando os mesmos com valores análogos reportados na literatura (VALENTAS et al., 1997). A 25°C a diferença relativa entre o calor específico da água e o encontrado é inferior a 4%, enquanto que para a gordura na mesma temperatura esta diferença é de apenas 3%.
Convém relembrar que a relação entre a variável y presente na Equação (3.12) e a fração mássica dos componentes encontra-se especificada pela Equação (3.11) ou (4.2). Nos resultados experimentais envolvidos no ajuste dos parâmetros acima, a fração mássica de massa seca foi determinada através da Equação (4.1).
g
Uma comparação entre os resultados de calor específico experimentais e estimados com a Equação (3.12) também é reportada nas Figuras 4.5 e 4.6.
Observa-se que o referido modelo descreve corretamente o efeito da umidade e teor de lipídeos sobre a propriedade investigada. Em especial, aproximadamente 97%
(R2=0,94) das variações nas respostas devido aos fatores considerados são reproduzidas pelo modelo.
A Figura 4.7 evidencia a influência da umidade em farinhas com diferentes quantidades iniciais de gordura. Observa-se que independente da composição centesimal do produto, quando a fração mássica de água do mesmo tende a unidade (ya→∞) o calor específico tende ao da água pura. No limite inferior de umidade, nota-se que quando o produto é rico em gordura o valor de Cpf se aproxima do calor específico da gordura pura, enquanto que quando o produto apresenta quase que exclusivamente matéria seca, a propriedade tende ao valor do primeiro parâmetro a direita da igualdade da Equação (3.12).
0 10
ya 0
1000 2000 3000 4000
Cp [J Kg-1o C-1 ]
4318 J Kg-1oC-1
ya xgo=0,99
xgo=0,14
Figura 4.7 – Efeito da fração mássica de água sobre o calor específico da farinha de resíduos com diferentes frações mássicas iniciais de gordura.
ao da gordura; ii) quando o teor de gordura é zero, porém o produto contém quase que unicamente água, então Cpf tende ao da água pura; iii) e quando o teor de gordura é zero, porém o produto esta seco, o valor do calor específico é igual ao reportado na Equação (3.12) para a matéria seca.
Convém esclarecer que os resultados experimentais apresentados nas Figuras 4.7 e 4.8 são idênticos aos reportados nas Figuras 4.5 e 4.6.
0 4 8
yg 0
1000 2000 3000 4000
Cp [J Kg-1o C-1 ]
1966 J Kg-1oC-1
yg xao=0,051
xao=0,99 xao=0,80
xao=0,60
xao=0,30
Figura 4.8 – Efeito da fração mássica de gordura sobre o calor específico da farinha de resíduos com diferentes frações mássicas iniciais de água.